單元二 項目二 焊接

項目二焊接鋼結(jié)構(gòu)施工項目二焊接

WeltConnections

焊縫連接???

回顧1、鋼材的機械性能指標有哪些？分別代表鋼材哪些方面的性能？2、哪些因素促使鋼材轉(zhuǎn)脆?3、什么是沖擊韌性，沖擊韌性是衡量什么的指標？4、何謂應(yīng)力集中？應(yīng)力集中對鋼材的機械性能有何影響？答案答案答案答案主要內(nèi)容

鋼結(jié)構(gòu)的連接

對接焊縫的構(gòu)造和計算

角焊縫的構(gòu)造和計算教學要求1.了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類及各自的特點；2.了解焊接連接的工作性能，掌握對接焊縫的計算方法及構(gòu)造要求；3.掌握角焊縫的計算方法及構(gòu)造要求；§1.1鋼結(jié)構(gòu)的連接連接的方式焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接稱為緊固件連接連接的原則安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材

圖1.1.1連接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓連接鉚釘連接焊接連接一、焊縫連接

對接焊縫連接優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對裂紋敏感。

角焊縫連接三、螺栓連接

優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠；

分為：普通螺栓連接、高強度螺栓連接

優(yōu)點：施工簡單、裝拆方便缺點：開孔削弱截面，加工精度要求高二、鉚釘連接N缺點：對施工技術(shù)要求很高，勞動強度大，施工條件差，施工速度慢。缺點*構(gòu)造簡單任何形式的構(gòu)件都可直接相連；*用料經(jīng)濟不削弱截面；*制作加工方便可實現(xiàn)自動化操作；*連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。

*材質(zhì)易變脆；*產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變、焊接缺陷*降低壓桿穩(wěn)定、影響疲勞強度*對裂紋十分敏感*低溫冷脆問題較為突出。優(yōu)點1.1.1焊縫連接1.焊縫連接的特點現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛。3分鐘2.鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法電阻焊電弧焊1）手工電弧焊2）自動半自動埋弧焊氣體保護焊（1）手工電弧焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化涂有焊藥焊條和母材形成焊縫。

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧優(yōu)點：方便，適應(yīng)性強，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接，應(yīng)用最廣泛。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。A、焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5001--E5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。1、E表示焊條。2、第一、二位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度。3、第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電池總類以及藥皮類型等。（2）埋弧焊（自動或半自動）

光焊絲埋在焊劑下，通電后電弧使焊絲、焊件、焊劑熔化形成焊縫。焊劑溶化后形成焊渣浮在溶化金屬表面，隔絕空氣接觸，供給必要的合金元素改善焊縫質(zhì)量。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊縫質(zhì)量好。缺點：設(shè)備投資大，施工位置受限，焊機需沿順焊縫的導軌移動。適用于梁、柱、板等大批量拼裝制造焊縫。焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強度。（4）電阻焊（3）氣體保護焊

利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護氣體在電弧周圍形成保護層，以防止有害氣體的侵入。

優(yōu)點：沒有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點：施工條件受限制，不適用于在風較大的地方施焊。

利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于12ｍｍ的焊接。

3.焊接接頭及焊縫形式（1）焊接接頭：分為對接、搭接、T形連接和角部連接。（1）對接焊縫（又稱坡口焊）正對接焊縫（2）角焊縫T型對接焊縫斜對接焊縫T型連接焊縫蓋板拼接連接（2）焊縫形式：分為對接焊縫和角焊縫。對接焊縫按受力與焊縫方向分：

1）直對接焊縫

2）斜對接焊縫角焊縫按受力與焊縫方向分：

1）正面角焊縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直。

2）側(cè)面角焊縫：作用力方向與焊縫長度方向平行。角焊縫沿長度方向的布置

1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中。不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷角焊縫連接≥50或10hf平焊、立焊、橫焊和仰焊。施焊方式圖1.1.6施焊方式平焊立焊a)焊條d)仰焊b)c)橫焊質(zhì)量好質(zhì)量一般質(zhì)量差4.焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量等級及檢查（1）焊縫缺陷

焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。

裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透(2)、焊縫質(zhì)量檢查外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。

內(nèi)部檢驗主要采用超聲波，有時還用磁粉檢驗熒光檢驗等輔助檢驗方法。還可以采用X射線或γ射線透照或拍片。檢驗標準三級肉眼外觀檢查二級肉眼外觀檢查＋超聲波用于有較大拉應(yīng)力的較重要連接不得存在裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷一級肉眼外觀檢查＋超聲波＋X射線用于抗動力、疲勞荷載的重要連接不得存在未滿焊、咬邊、根部收縮、裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷用于一般連接所有焊縫均應(yīng)作外觀檢驗，不允許有可見裂紋等缺陷。其它缺陷如咬邊、表面氣孔、夾渣等按規(guī)范要求；焊縫質(zhì)量檢驗超聲波檢測設(shè)備無損檢測：一級焊縫全數(shù)檢驗，二級焊縫抽檢20％以上（3）焊縫質(zhì)量等級及選用

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017--2003）中，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：1）需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級。平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。

2）在不需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級。

3）重級工作制和起重量Ｑ＞50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的Ｔ形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，質(zhì)量不應(yīng)低于二級。

4）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，但對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Q＞50t的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級。5.焊縫符號及標注方法焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成《焊縫符號表示法》（GB/T324-1988）《建筑結(jié)構(gòu)制圖標準》（GB/T50105-2001）角焊縫V形坡口對接焊縫???

回顧①在我國鋼結(jié)構(gòu)連接有哪幾種形式？各自的特點如何？②焊接連接的焊縫形式和連接形式有哪幾種？各自的優(yōu)缺點是什么？③焊接Q235鋼和Q345鋼的一般結(jié)構(gòu)分別采用哪種型號焊條，如同時焊接Q235鋼和Q345鋼需采用哪種型號焊條？④焊縫缺陷有哪些？焊縫質(zhì)量檢驗標準分為幾級，如何實施？答案答案答案答案1.對接焊縫的坡口形式§1.2

對接焊縫的構(gòu)造和計算1.2.1對接焊縫的構(gòu)造直邊縫單邊V形縫雙邊V形縫U形縫X形縫K形縫b=0.5~2mm（直邊縫）b=2~3mm（單邊V）αb=2~3mm（V型）αp（U型）b=3~4mmpb=3~4mmp（K型）b=3~4mmp（X型）3.對接焊縫的構(gòu)造處理2.對接焊縫的優(yōu)缺點優(yōu)點：用料經(jīng)濟、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中，利于承受動力荷載。缺點：需剖口，焊件長度要求精確。

墊板墊板墊板1）為防止熔化金屬流淌必要時可在坡口下加墊板。2）在焊縫的起滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時可設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除。引弧板

一般受靜力荷載的結(jié)構(gòu)，也可不設(shè)引弧板，但焊縫的計算長度比實際長度減小2t或2hf。動畫4.對接焊縫的強度1）受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等。

2）三級質(zhì)量的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%。(見附表1-3)

3）一、二級質(zhì)量的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相等。3）在對接焊縫的拼接處，當焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動載)的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。a)改變厚度b)改變寬度≤1:2.5≤1:2.51.2.2對接焊縫的計算1.軸心受力的對接焊縫（1.2.1）N——軸心拉力或壓力設(shè)計值lw——焊縫計算長度，無引弧板時，焊縫計算長度取實際長度減去2t；有引弧板時，取實際長度。t——連接件的較小厚度，對T形接頭為腹板的厚度

;ftw、fcw——對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值（P255表1-3）。對于靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視為與母材相同，不用計算。三級焊縫需進行計算；NNlt要點斜向受力的對接焊縫

對接焊縫斜向受力是指作用力通過焊縫重心，并與焊縫長度方向呈

夾角，其計算公式為：l’w——斜焊縫計算長度。加引弧板時，l’w＝b/sinq；不加引弧板時，l’w＝b/sinq－2t。

fvw——對接焊縫抗剪設(shè)計強度。規(guī)范規(guī)定，當斜焊縫傾角

≤56.3°，即tan

≤

1.5時，可認為對接斜焊縫與母材等強，不用計算。b（1.2.2）（1.2.3）2.承受彎距和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫

焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強度條件。

（1.2.5）（1.2.4）M——焊縫承受的彎矩；Ww——焊縫截面模量。V——焊縫承受的剪力；Iw——焊縫計算截面慣性矩；Sw——焊縫截面計算剪應(yīng)力處以上部分對中和軸的面積矩。

對于工字形或T形截面除應(yīng)分別驗算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力:（1.2.6）式中:1、1——為腹板與翼緣交接處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。

1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在焊縫局部出現(xiàn)，而將焊縫強度設(shè)計值適當提高的系數(shù)。

工字形截面梁在彎曲時，彎曲正應(yīng)力主要由上、下翼緣承擔，剪應(yīng)力主要由腹板承擔，這使得截面上各處的材料能達到充分的利用。3.受軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫

軸力和彎矩作用下對接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計算公式為：（1.2.4*）（1.2.5*）（1.2.6*）式中：12

對于梁柱節(jié)點處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪應(yīng)力均勻分布，其計算公式為：（1.2.5**）Aw——牛腿處腹板的焊縫計算面積。fvw——對接焊縫抗剪設(shè)計強度。驗算如圖所示的鋼板對接焊縫的連接。M=1008kN.m，V=240KN，鋼材Q235，E43焊條，手工焊，質(zhì)量等級為三級，采用引弧板。1.截面幾何特征值計算【例題1.1】【解】2501016161000MV12.焊縫強度計算查附表1-3P255

驗算如圖所示牛腿與柱的對接焊縫連接。F=170kN，鋼材Q390，E55焊條，手工焊，質(zhì)量等級為三級，采用引弧板?！纠}1.2】961012190F160—96×12—190×10ba9610121902.荷載計算F160ba1.截面幾何特征值計算【解】xx0961219010yc3.焊縫強度驗算???

回顧①某受彎構(gòu)件采用HN700×300×13×24，鋼材為Q235，其抗彎、抗剪強度設(shè)計值為？②對接焊縫在那種情況下才需要計算？③待焊鋼板厚度>20mm時，有哪幾種坡口形式？④對接焊縫有哪幾種構(gòu)造措施？答案答案答案答案對接焊縫計算步驟確定荷載；進行截面應(yīng)力狀態(tài)分析；計算截面幾何特征值；強度驗算。確定最不利位置；不同作用情況下對接焊縫計算（矩形、I形）1.角焊縫的形式和強度1.3.1角焊縫的構(gòu)造§1.3角焊縫的構(gòu)造和計算(filletweld)角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。（1）直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（a）。對承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面通常采用（b）的形式，側(cè)面角焊縫的截面則做成凹面式（c）。

（a）（b）

（c）圖1.3.1直角角焊縫截面普通型平坡型凹面型（2）斜角角焊縫兩焊邊的夾角

>90°或

<90°的焊縫。通常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。圖1.3.2斜角角焊縫截面（d）斜銳角焊縫（e）斜鈍角焊縫（f）斜凹面角焊縫hehehehf—焊腳尺寸；

—焊腳邊的夾角；

he—有效厚度（破壞面上焊縫厚度）并有，he

＝hfcos/2對于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。角焊縫按作用力的方向分為：（1）側(cè)面角焊縫（側(cè)縫）單擊圖片播放單擊圖片播放（2）正面角焊縫（端縫）（3）斜角焊縫單擊圖片播放

（2）正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，應(yīng)力狀態(tài)較復雜。焊縫截面各面都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，分布不均勻，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。破壞強度高，但塑性差，彈性模量大。

（1）側(cè)面角焊縫：焊縫長度方向與受力方向平行，應(yīng)力分布簡單。主要承受剪應(yīng)力，彈性階段分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間??；強度低，彈性模量低，但塑性較好。角焊縫的工作性能圖1.3.3角焊縫的應(yīng)力分布圖1.3.4角焊縫荷載與變形關(guān)系

斜焊縫的受力性能和強度介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。

q為試驗焊縫與試件水平方向的夾角。

正面角焊縫的破壞強度比側(cè)面角焊縫高。2.構(gòu)造要求角焊縫的焊腳尺寸是指焊縫根腳至焊縫外邊的尺寸--hf（1）焊腳尺寸

為了保證焊縫的最小承載能力以及防止焊縫由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導致母材開裂。a)最小焊腳尺寸(hf,min)焊腳尺寸的限制焊縫計算長度的控制減小焊縫應(yīng)力集中的措施。手工焊角焊縫：t—較厚焊件的厚度。hfmax≤1.2tmin

t—較薄焊件的板厚。

b)最大焊腳尺寸(hfmax)

對板件（厚度t

）邊緣的角焊縫（貼邊焊）當t≤6mm時，hfmax≤t

；當t＞6mm時，hfmax≤t-(1～2)mm

。

為了避免焊縫局部過熱，燒穿較薄的焊件，減小焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。hf,max應(yīng)滿足以下要求:（2）角焊縫計算長度角焊縫計算長度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

焊腳尺寸的取值hfmin≤hf≤hfmax

最小計算長度（lwmin）

為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計算長度：lwmin≥8hf

和40mm

考慮到焊縫兩端的缺陷，其實際長度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hflwmax≤60hf

若實際長度超過以上數(shù)值，則超過部分不納入計算長度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，計算長度不受此限制。

b)側(cè)焊縫最大計算長度（lwmax）

當板件端部僅采用兩條側(cè)面角焊縫連接時：

A、為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，規(guī)范規(guī)定：B、為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)定：不滿足時加正面角焊縫t1t2b（3）減小角焊縫應(yīng)力集中的措施D、搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度

的5倍，且不得小于25mm。C.

當角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，應(yīng)作2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。b2hft1t2破壞面常發(fā)生在45°斜面上。側(cè)焊縫端焊縫1.3.2直角焊縫的基本計算公式1.焊縫的破壞面計算截面均取焊縫45°處有效截面（有效厚度×計算長度）焊縫有效高度he

＝hfcos45o＝

0.7hf焊縫計算長度lw=每條焊縫長度-2hfhfhehh1h2deh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根（每端1hf，以考慮起落弧缺陷。）

如圖所示承受互相垂直的Ny、Nx兩個軸心力作用的直角角焊縫，Ny垂直于焊縫長度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力

f，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：（1.3.4）

f

對于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為

和

。對直角角焊縫：2.角焊縫的計算圖1.3.10直角角焊縫的計算沿焊縫長度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力

f。（1.3.5）我國《規(guī)范》采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項系數(shù)后得角焊縫計算公式為：（1.3.3）將及τ∥代入則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計算公式為：（1.3.6）

f

——正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。靜載時

f

＝1.22，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，

f

＝1.0

。

f——垂直于焊縫長度方向按有效截面計算的應(yīng)力；

f——平行于焊縫長度方向按有效截面計算的應(yīng)力；

f

——正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。靜載時

f

＝1.22，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，

f

＝1.0

。ffw——角焊縫的強度設(shè)計值，查附表1-3，P255。

角焊縫強度條件的一般表達式：正面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長度方向垂直。側(cè)面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長度方向平行。（1.3.7）（1.3.8）以上各式中：

he=0.7hf；lw—角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其實際長度減去2hf。計算公式1.3.3角焊縫的計算1.軸心力（拉力、壓力和剪力）作用時角焊縫的計算

當焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認為是均勻分布的。(1）用蓋板的對接連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接NNlwSlw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計算長度的總和B、采用三面圍焊連接NNlwlw’先計算正面角焊縫承擔的內(nèi)力Slw′－連接一側(cè)的正面角焊縫計算長度的總和再計算側(cè)面角焊縫的強度Slw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計算長度的總和(2）承受斜向軸心力的角焊縫NNxNyθ

f

f平行于焊縫長度方向的分力Ncos

垂直于焊縫長度方向的分力Nsin